300噸遠洋船用拖曳絞車設計

丁洋

摘 要：遠洋船用拖拽絞車是大型船舶專用拖拽設備，用于拖拽海上設備和失去自航能力的船舶，是軍輔船和民船上的關鍵設備。遠洋船用拖拽絞車的可靠性決定著設備和人員的安全。以有限元理論為基礎，用UG軟件為基礎對遠洋船用拖曳絞車的機體進行結構分析。對300N及大型遠洋船用拖拽絞車的設計進行理論驗證。根據得出的數據和分析的結果，對薄弱部位進行優化，然后再進行有限元分析，并得出最終數據。使該遠洋船用拖曳絞車的關鍵部位達到一個理想狀態。

關鍵詞：遠洋船用拖曳絞車；有限元；海洋開發

中圖分類號： U664 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）12-177-2

本世紀，海洋資源越來越受到重視，海洋資源的開采逐漸成為全球石油勘探的重要領域。據國外權威機構推測，全球油氣總儲量的44%來自海洋，開采量巨大，是未來開采的主要領域。

目前，在船舶制造業中，船舶機械是其中的核心部分。而在船舶機械中，除主機外，均成為船舶輔機。在船舶輔機中，有一類稱為甲板機械，甲板機械是指安裝在船舶或海上建筑物甲板上機械的統稱。甲板機械又分為遠洋船用拖曳絞車、艙蓋啟閉裝置、錨泊機械設備、起重機械設備、操舵機械設備等具備特殊用途的機械設備。主要為船舶的航行、系泊和貨物吊運等服務?，F代甲板機械融合了當代多項高新技術，已逐步朝電動—液壓驅動式、封閉式、自動化、遙控化方向發展。遠洋船用拖曳絞車是甲板機械中的主要部分，同時也是船舶輔機的重要組成部分，其技術水平對于船舶制造業和海洋工程的發展都著十分重要的意義。

有限元法是現代產品及其結構設計的重要工具，它的基本思想是將連續的物理模型離散為有限個單元體，使其在有限個指定的節點上相互連接，然后對每個單元選擇一個比較簡單的函數，近似模擬該單元的物理量，如單元的位移或者應力，并基于問題描述的基本方程建立單元節點的平衡方程組，再把所有單元的方程組集成為整個結構力學特性的整體代數方程組，最后引入邊界約束條件求解代數方程組而獲得的數值解，如結構的位移分布和應力分布。

將有限元法引入產品和結構設計是CAE的重要組成部分。圖1所示為傳統的產品設計流程，圖2所示為現代設計中采用CAE技術后的設計流程。可見，從產品概念設計、方案對比、樣機測試到加工制造，可以把有限元仿真和優化設計方法貫穿整個產品的全部過程，把傳統產品設計方法中的從概念設計到樣機測試，再返回修改的大循環過程，演化成平行于每一個設計環節的精確分析及其優化，減少了設計過程中的缺陷和不足，大大提高了產品的質量和可靠性，大幅縮短了設計時間，降低了產品研發成本。

300噸遠洋船用拖曳絞車外形結構，遠洋船用拖曳絞車基本結構如圖3所示。

根據300噸遠洋船用拖曳絞車工作狀態和工作任務，多次論證確定的方案如圖3所示。該大型液壓遠洋船用拖曳絞車主要由動力裝置、傳動系統、排纜裝置、制動裝置、滾筒和支架組成。該液壓遠洋船用拖曳絞車采用雙滾筒雙剎車結構，該結構的特點是可操作性好，通用性高，在一個滾筒故障后可以用另一個滾筒，保證工作的可持續性。并可以根據不同的安放位置來布置遠洋船用拖曳絞車。該遠洋船用拖曳絞車結構簡單，安裝調試方便，便于維護，對惡劣環境適應性強，特別是海上高鹽、高濕度的惡劣環境。

該遠洋船用拖曳絞車包括底座、側板、橫筋、滾筒、大齒輪、小齒輪、輸出軸、液壓馬達、剎車裝置、滑架、螺旋槽軸、鏈輪等。滾筒放置在兩個側板之間，滾筒一側為大齒輪，輸出軸的小齒輪嚙合，滾筒的另一側為剎車盤，與剎車帶相連，組成剎車裝置。輸出軸的動力是由兩個液壓馬達提供，液壓馬達與輸出軸采用齒輪嚙合。液壓馬達被密封在傳動箱中，該遠洋船用拖曳絞車的動力傳動機構由液壓馬達、齒輪、傳動軸、滾筒、箱體等部分組成，傳動裝置安裝在遠洋船用拖曳絞車的機箱里，被密封在箱體內，通過液壓馬達提供動力，采用齒輪傳遞動力，驅動滾筒實現纜繩的拖曳。該動力傳動機構為保證工作穩定，采用了全密閉箱體結構，降低了受海水、海風侵蝕的風險，避免了風雨、陽光的侵蝕影響；延緩了傳動系統的老化、延長了其使用壽命。通過采用雙馬達系統縮小了遠洋船用拖曳絞車整體體積，降低了生產成本。通過采用雙層隔斷外壁結構增加了整體強度，使整體機械強度得到了極大的提高，為使該遠洋船用拖曳絞車能夠承受大負荷、交變重載提供了強度保證。

該遠洋船用拖曳絞車的驅動是將液壓馬達的液壓能轉換為機械能，并通過變速箱進行轉換輸出，而得到所需要的轉速。傳動軸與變速箱相連，離合器安裝在傳動軸上，它們決定一號滾筒和二號滾筒的動作。離合器動作將帶動一號小齒輪動作，一號小齒輪與一號大齒輪處于嚙合狀態，將帶動一號滾筒旋轉，實現收纜和放纜的動作。反之，離合器動作與二號滾筒嚙合，將帶動二號滾筒進行工作。滾筒與鏈輪同步轉動，螺旋槽軸端面裝有鏈輪，與滾筒鏈輪組成鏈傳動，從而帶動螺旋槽軸轉動?；苤醒b有滑塊，與螺旋槽配合，螺旋槽軸帶動滑架沿光杠往復移動而實現排纜動作。遠洋船用拖拽絞車的工作狀態為剎車狀態，當滾筒停止動作后，剎車系統為工作狀態，其作用是防止滾筒松動造成纜繩的滑脫。剎車系統的動力由制動液壓缸提供，制動手柄與制動帶之間利用鉸接連板聯接來進行動力傳遞，通過剎車液壓缸的伸縮來實現剎車鎖死和剎車解除。

該300噸遠洋船用拖拽絞車已經安裝、應用在天津新河船舶重工有限責任公司的三用拖輪上，使用證明，該遠洋船用拖拽絞車的拖曳拉力能夠達到300噸以上；箱體具有足夠的剛性，在工作時不變形；滾筒能夠容納主拖纜繩的全部長度，無負載時收放纜繩具有足夠的速度；滾筒與滾筒動力之間安裝有離合裝置；安裝有排纜裝置，拖航時能自動收放纜。該遠洋船用拖拽絞車結構緊湊、設計合理、維護方便，保證了船舶的高效工作。

該大型液壓遠洋船用拖拽絞車設備可廣泛應用于國內外的大型遠洋船舶，而且當前遠洋船用拖拽絞車的需求正在往大型化、標準化方向發展。因此，該遠洋船用拖拽絞車應用前景非常廣闊。遠洋船用拖拽絞車的研究所涉及的機械設計技術、機械傳動技術、驅動技術及新型抗腐蝕材料的應用等，其眾多的技術創新將帶動船舶生產設備的技術升級和結構創新，將對其產業化發展以及進一步開拓國際市場產生深遠影響。

參 考 文 獻

[1] 張澄宇，趙大力.中國船舶配套業現狀極其發展方向[J].船舶工程，2005（01）.

[2] 余俊主.現代設計方法及應用[M].北京：中國標準出版社，2002.

[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.中華人民共和國國家標準，遠洋船用拖拽絞車[S].2007.7.